Файл: А.Г. Захарова Основыметрологии.pdf

1

ВВЕДЕНИЕ

Измерительная техника как совокупность методов и средств для получения достоверной количественной информации о характеристиках материалов, изделий, технологических и производственных процессов, состоянии машин и оборудования является одним из решающих факторов технического прогресса во всех областях народного хозяйства. Широкая автоматизация процессов предъявила новые требования к средствам измерений и их метрологическим характеристикам, обусловленные переходом к использованию результатов уже не отдельных измерений, а потоков измерительной информации, применением для их обработки ЭВМ и созданием на их основе информаци- онно-измерительных систем. В этих условиях господствующее положение при измерениях любых физических величин заняли электрические средства измерений.

Вкурсе «Основы метрологии» изучают основы метрологии и теории электрических измерений, а также современные методы и технические средства их реализации.

Врезультате изучения данного курса студент должен научиться правильно выбирать наиболее эффективный метод и средство измерений заданной физической величины в соответствии с предъявляемыми метрологическими характеристиками и оценивать достоверность полученных результатов.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Курс "Основы метрологии" рассчитан на 25 часов, из них лекций обзорного характера - 15 и выполнение лабораторных работ - 10 часов.

Основной формой изучения курса является самостоятельная работа в соответствии с настоящей программой. Состав тем теоретического материала и часы, отводимые для их изучения, представлены в табл. 1.

Программой предусмотрено выполнение 1 контрольной работы (5 задач), позволяющее студенту выяснить насколько хорошо проработан и усвоен им материал курса, умеет ли он решать практические задачи и находить правильные ответы на поставленные вопросы.

2

При решении задач контрольных заданий следует указать размерности величин как при промежуточных преобразованиях, так и в конечных результатах. Решение при необходимости должно иллюстрироваться схемами, графиками и диаграммами, выполняемыми на миллиметровой бумаге. Ответы на вопросы должны формулироваться кратко, но исчерпывающе.

Студенты, представившие контрольную работу, допускаются к выполнению лабораторных работ, которые проводятся в период за- чётно-экзаменационной сессии. Цель лабораторных работ - приобретение студентами практических навыков в производстве электрических измерений и их правильной точностной оценке.

При выполнении лабораторных работ студент допускается к экзамену, успешная сдача которого в немалой степени зависит от знаний теоретическогo материала. Лабораторные работы проводятся в следующем порядке:

1. Изучение конструкций и характеристик электромеханических измерительных механизмов.

2.Измерение параметров электрических цепей.

3.Осциллографирование быстропротекающих процессов.

3

4.Автоматический измерительный мост.

5.Определение характеристик ферромагнитных материалов.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература 1. Электрические измерения: Учеб. для вузов / Л.Л. Байда,

Н.С. Добротворский, Е.М. Душин и др.; Под. ред. А. В.Фремке и Е. М. Душина. -Л.: Энергия, 1980.

2.Основы метрологии и электрические измерения: Учеб. для вузов /Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др.- Л.: Энергоатомиздат, 1987.

3.Захарова А.Г. Электрические измерения: Конспект лекций/ Кузбас. гос.тех. ун-т.- Кемерово, 1996.

Дополнительная литература

4.Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин.- М.: Высш. шк., 1989.

5.Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учеб. пособие для вузов / Б.П. Хромой, А.В. Кандинов, А.Л. Сенявский и др.; Под ред. Б.П. Хромого.- М.: Радио и связь, 1986.

6.Электрические измерения неэлектрических величин: Учеб. пособие / Под ред. П.В. Новицкого.-Л.: Энергия, 1975.

При необходимости следует использовать и специальную литературу для расширения представлений по соответствующим разделам курса.

TEMA 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ

Содержание и задачи курса. Понятие об измерениях физической величины. Особенности и роль электрических измерений. Краткий исторический обзор развития электроизмерительной техники и её роль в создании материально-технической базы прогресса в России.

Определение электрических измерений. Предмет и задачи метрологии и стандартизации. Основы метрологического обеспечения. Определение и классификация средств измерений. Характеристики

4

средств измерений, способы их нормирования. Эталоны, образцовые и рабочие меры. Метрологическая служба в России и за рубежом.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучая материал этой темы, необходимо прежде всего уяснить основные понятия метрологии как науки и соответствующую ей терминологию. Нужно четко классифицировать измерения, хорошо различать прямые и косвенные измерения, метод непосредственной оценки и метод сравнения. Особое внимание нужно обратить на характеристики электроизмерительных приборов и четко представлять, какие погрешности может иметь прибор, что такое класс точности и как с его помощью определять относительную и абсолютную погрешности прибора и наоборот.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое метрология?

2.Почему при определении понятия измерения говорится об опытном (экспериментальном) пути?

3.В чём принципиальная разница между измерительным прибором и измерительным преобразователем? Приведите примеры тех и других.

4.Что понимается под истинным значением измеряемой вели-

чины?

5.Что такое класс точности и как он определяется математически?

6.Дайте определение, сформулируйте и проиллюстрируйте чувствительность средств измерения.

7.Дайте классификацию методов измерений.

8.Что понимается под входным и выходным ñîпротивлением прибора?

9.Дать сравнительные характеристики схем прямого и компенсационного преобразования.

10.Назовите основные тенденции развития электроизмерительной техники.

Литература: [1, c. 5-39; 2, c. 10-23, 35-43; 3, c. 5-8, 16-21; 4, c. 4-9, 16-19; 5, c. 6-27].

6

ТЕМА 3. ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН АНАЛОГОВЫМИ ПРИБОРАМИ

Принцип действия, основы теории и применение электромеханических измерительных механизмов (ИМ). Классификация систем ИМ. Масштабные измерительные преобразователи. Измерение постоянных токов, напряжения и количества электричества электромеханическими приборами без преобразователей рода тока. Измерение переменных токов и напряжений магнитоэлектрическими приборами с преобразователями рода тока. Измерения мощности, энергии, угла сдвига фаз, частоты и параметров электрических цепей. Анализ кривых переменного тока.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении электромеханических ИМ, являющихся основой подавляющего большинства аналоговых измерительных приборов, необходимо обратить внимание на физические принципы преобразования в них энергии. Это поможет уяснить порядок вывода уравнений вращающих моментов, а также понять возможности использования приборов на практике для производства измерений конкретных величин с учётом влияния внешних факторов.

Большие возможности для расширения диапазона использования аналоговых приборов открывают масштабные измерительные преобразователи, поэтому изучение их принципа действия желательно сопровождать решением несложных практических примеров.

Полученные при рассмотрении этого материала знания помогут при изучении принципов измерений электрофизических величин. Необходимо акцентировать внимание на особенностях измерений в цепях переменного тока. При этом обязательным является построение векторных диаграмм, без которых трудно судить о правильности включения приборов, например ваттметра или счётчика.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Напишите и объясните обобщенное выражение вращающего момента ИМ.

7

2. Какими путями в ИМ создаются противодействующие момен-

ты?

3.Чем отличается экранирование от астазирования?

4.Объяснить принцип действия, уравнение шкалы, основные характеристики и область применения известных систем ИМ.

5.Изобразить основные схемы выпрямительных преобразователей и охарактеризовать их.

6.В чем принципиальное различие между трансформаторами тока и напряжения?

7.Назвать источники погрешностей при измерениях токов и напряжения. Как вычисляется методическая погрешность?

8.Какие измерительные механизмы могут быть использованы на высоких частотах?

9.Какие измерительные механизмы применяются для измерений переменного тока?

10.Привести схему и описать принцип действия омметра.

11.Moжно ли измерить активную составляющую полного сопротивления при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра? Представить схему и определить для неё погрешность.

12. С помощью каких приборов и как определить cosϕ в несимметричной трёхфазной цепи?

13. Какие устройства называются фазочувствительными? Представьте схему простейшего из них.

14. Объяснить принцип действия простейшего однофазного фазометра.

15. Изобразите схему измерения реактивной мощности в однофазной и трехфазной цепи.

ТЕМА 4. ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИЯ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ВО ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Назначение и классификация средств регистрирующей техники. Виды регистрации измерительной информации. Самопишущие приборы прямого действия. Светолучевые и электронно-лучевые осцил-

8

лографы. Применение электронно-лучевых осциллографов (ЭЛО) для контроля параметров электрических цепей.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Рассматриваемые здесь средства измерения являются важнейшими и широко распространенными при контроле как технологических процессов, так и в научных исследованиях. Наряду с изучением известных из курса физики принципов измерений, необходимо обратить внимание на возросшие возможности приборов и расширение их диапазона использования. Знать роль гальванометров в ЭЛО, четко представить себе механизм действия линейной и круговой разверток. Эти знания послужат основой правильного выбора осциллографа, одним из основных критериев которого являются частотные характеристики. При выборе прибора следует учитывать, что частота исследуемого процесса должна быть не менее чем в 8-10 раз меньше собственной частоты подвижной части прибора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите виды регистрации данных и дайте классификацию регистрирующих приборов.

2.В чём достоинства и недостатки самопишущих приборов с непрерывной записью?

3.Опишите конструкцию и принцип действия самопишущих приборов прямого действия.

4.Каким образом производится выбор осциллографических гальванометров?

5.Основные достоинства и недостатки вибрационного осциллографа.

6.Каково условие минимальной погрешности вибратора?

7.Каков принцип организации круговой развертки?

8.Что такое линейная развертка и какие измерения позволяет она осуществлять?

9.Каким образом можно с помощью осциллографа измерять силу тока и напряжение?

10.Описать возможности использования фигур Лиссажу для проведения измерений.